അരേഖീയ പ്രകാശികം: ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള പ്രകാശ പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ ലോകം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുമ്പോൾ

അരേഖീയ പ്രകാശികം (NLO) എന്നത് പ്രകാശികത്തിന്റെ ഒരു ശാഖയാണ്, ഇത് പ്രകാശം പോലെയുള്ള ഒരു പ്രായോഗിക വൈദ്യുതകാന്തിക മണ്ഡലത്തോടുള്ള ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ പ്രതികരണം അരേഖീയമാകുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങളെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുന്നു. അതായത്, ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ പോളറൈസേഷൻ ഡെൻസിറ്റി P പ്രകാശത്തിന്റെ വൈദ്യുത മണ്ഡലമായ E-യോട് അരേഖീയമായി പ്രതികരിക്കുന്നു. ഈ അരേഖീയത വളരെ ഉയർന്ന പ്രകാശ തീവ്രതയിൽ മാത്രമേ പ്രകടമാവുകയുള്ളൂ, ഇത് സാധാരണയായി ലേസറുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് നേടുന്നത്. രേഖീയ പ്രകാശികത്തിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, പ്രകാശം അതിന്റെ ആവൃത്തിയോ മറ്റ് അടിസ്ഥാന ഗുണങ്ങളോ മാറ്റാതെ (അപവർത്തനം, ആഗിരണം എന്നിവയൊഴികെ) ഒരു മാധ്യമത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നു. എന്നാൽ അരേഖീയ പ്രകാശികം പ്രകാശത്തെ തന്നെ മാറ്റുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളെക്കുറിച്ചാണ് പ്രതിപാദിക്കുന്നത്. ഇത് പ്രകാശത്തെ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിനും പുതിയ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും അടിസ്ഥാന ഭൗതികശാസ്ത്രം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നതിനുമുള്ള ശക്തമായ ഒരു ഉപകരണമാക്കി NLO-യെ മാറ്റുന്നു.

അരേഖീയതയുടെ സത്ത

രേഖീയ പ്രകാശികത്തിൽ, ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ ധ്രുവീകരണം പ്രയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന് നേരിട്ട് ആനുപാതികമാണ്: P = χ⁽¹⁾E, ഇവിടെ χ⁽¹⁾ എന്നത് രേഖീയ സസെപ്റ്റിബിലിറ്റിയാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന പ്രകാശ തീവ്രതയിൽ, ഈ രേഖീയ ബന്ധം തകരുന്നു. അതിനാൽ നമ്മൾ ഉയർന്ന ഓർഡർ പദങ്ങൾ പരിഗണിക്കേണ്ടതുണ്ട്:

P = χ⁽¹⁾E + χ⁽²⁾E² + χ⁽³⁾E³ + ...

ഇവിടെ, χ⁽²⁾, χ⁽³⁾, എന്നിവ യഥാക്രമം രണ്ടാം-ഓർഡർ, മൂന്നാം-ഓർഡർ, ഉയർന്ന-ഓർഡർ അരേഖീയ സസെപ്റ്റിബിലിറ്റികളാണ്. ഈ പദങ്ങൾ പദാർത്ഥത്തിന്റെ അരേഖീയ പ്രതികരണത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ഈ അരേഖീയ സസെപ്റ്റിബിലിറ്റികളുടെ അളവ് സാധാരണയായി വളരെ ചെറുതാണ്, അതിനാലാണ് അവ ഉയർന്ന പ്രകാശ തീവ്രതയിൽ മാത്രം പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നത്.

അടിസ്ഥാന അരേഖീയ പ്രകാശിക പ്രതിഭാസങ്ങൾ

രണ്ടാം-ഓർഡർ അരേഖീയതകൾ (χ⁽²⁾)

രണ്ടാം-ഓർഡർ അരേഖീയതകൾ താഴെ പറയുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു:

• സെക്കൻഡ് ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ (SHG): ഫ്രീക്വൻസി ഇരട്ടിപ്പിക്കൽ എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന SHG, ഒരേ ആവൃത്തിയുള്ള രണ്ട് ഫോട്ടോണുകളെ ഇരട്ടി ആവൃത്തിയുള്ള (പകുതി തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള) ഒരൊറ്റ ഫോട്ടോണായി മാറ്റുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, 1064 nm (ഇൻഫ്രാറെഡ്) പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഒരു ലേസർ 532 nm (പച്ച) ആയി ഫ്രീക്വൻസി ഇരട്ടിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ഇത് സാധാരണയായി ലേസർ പോയിന്ററുകളിലും വിവിധ ശാസ്ത്രീയ പ്രയോഗങ്ങളിലും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയിൽ ഇൻവേർഷൻ സിമട്രി ഇല്ലാത്ത പദാർത്ഥങ്ങളിൽ മാത്രമേ SHG സാധ്യമാകൂ. KDP (പൊട്ടാസ്യം ഡൈഹൈഡ്രജൻ ഫോസ്ഫേറ്റ്), BBO (ബീറ്റാ-ബേരിയം ബോറേറ്റ്), ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് (LiNbO3) എന്നിവ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
• സം ഫ്രീക്വൻസി ജനറേഷൻ (SFG): വ്യത്യസ്ത ആവൃത്തികളുള്ള രണ്ട് ഫോട്ടോണുകളെ സംയോജിപ്പിച്ച് അവയുടെ ആവൃത്തികളുടെ തുകയുള്ള ഒരു ഫോട്ടോൺ സൃഷ്ടിക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ് SFG. ലേസറുകളിൽ നിന്ന് നേരിട്ട് ലഭ്യമല്ലാത്ത നിർദ്ദിഷ്ട തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളിൽ പ്രകാശം സൃഷ്ടിക്കാൻ ഈ പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ഡിഫറൻസ് ഫ്രീക്വൻസി ജനറേഷൻ (DFG): വ്യത്യസ്ത ആവൃത്തികളുള്ള രണ്ട് ഫോട്ടോണുകളെ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് അവയുടെ ആവൃത്തികളുടെ വ്യത്യാസമുള്ള ഒരു ഫോട്ടോൺ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ് DFG. ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന ഇൻഫ്രാറെഡ് അല്ലെങ്കിൽ ടെറാഹെർട്സ് വികിരണം സൃഷ്ടിക്കാൻ DFG ഉപയോഗിക്കാം.
• ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമെട്രിക് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ (OPA) ഉം ഓസിലേഷനും (OPO): ശക്തമായ ഒരു പമ്പ് ബീമും ഒരു അരേഖീയ ക്രിസ്റ്റലും ഉപയോഗിച്ച് ദുർബലമായ ഒരു സിഗ്നൽ ബീമിനെ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ് OPA. OPO സമാനമായ ഒരു പ്രക്രിയയാണ്, ഇവിടെ അരേഖീയ ക്രിസ്റ്റലിനുള്ളിലെ ശബ്ദത്തിൽ നിന്ന് സിഗ്നൽ, ഐഡ്‌ലർ ബീമുകൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന ഒരു പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് ഉണ്ടാക്കുന്നു. സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പിയിലും ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന പ്രകാശം ആവശ്യമുള്ള മറ്റ് പ്രയോഗങ്ങളിലും OPA-കളും OPO-കളും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.

ഉദാഹരണം: ബയോഫോട്ടോണിക്സിൽ, SHG മൈക്രോസ്കോപ്പി ഉപയോഗിച്ച് ടിഷ്യുകളിലെ കൊളാജൻ ഫൈബറുകൾ സ്റ്റെയിനിംഗ് ആവശ്യമില്ലാതെ ചിത്രീകരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ടിഷ്യു ഘടനയും രോഗ പുരോഗതിയും പഠിക്കാൻ ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ വിലപ്പെട്ടതാണ്.

മൂന്നാം-ഓർഡർ അരേഖീയതകൾ (χ⁽³⁾)

മൂന്നാം-ഓർഡർ അരേഖീയതകൾ സിമട്രി പരിഗണിക്കാതെ എല്ലാ പദാർത്ഥങ്ങളിലും കാണപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ താഴെ പറയുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു:

• തേർഡ് ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ (THG): ഒരേ ആവൃത്തിയുള്ള മൂന്ന് ഫോട്ടോണുകളെ മൂന്നിരട്ടി ആവൃത്തിയുള്ള (മൂന്നിലൊന്ന് തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള) ഒരൊറ്റ ഫോട്ടോണായി THG മാറ്റുന്നു. SHG-യെക്കാൾ കാര്യക്ഷമത കുറവാണെങ്കിലും അൾട്രാവയലറ്റ് വികിരണം സൃഷ്ടിക്കാൻ THG ഉപയോഗിക്കാം.
• സ്വയം-ഫോക്കസിംഗ് (Self-Focusing): χ⁽³⁾ അരേഖീയത കാരണം ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ അപവർത്തനാങ്കം തീവ്രതയെ ആശ്രയിച്ചുള്ളതായി മാറും. ലേസർ ബീമിന്റെ അരികുകളേക്കാൾ മധ്യത്തിൽ തീവ്രത കൂടുതലാണെങ്കിൽ, മധ്യത്തിൽ അപവർത്തനാങ്കം കൂടുതലായിരിക്കും, ഇത് ബീം സ്വയം ഫോക്കസ് ചെയ്യാൻ കാരണമാകുന്നു. ഈ പ്രതിഭാസം ഒപ്റ്റിക്കൽ വേവ്ഗൈഡുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനോ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടകങ്ങൾക്ക് കേടുപാടുകൾ വരുത്തുന്നതിനോ ഉപയോഗിക്കാം. വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ വർഗ്ഗത്തിന് ആനുപാതികമായ അപവർത്തനാങ്കത്തിലെ മാറ്റത്തെ വിവരിക്കുന്ന കെർ ഇഫക്റ്റ് ഇതിന്റെ ഒരു പ്രകടനമാണ്.
• സെൽഫ്-ഫേസ് മോഡുലേഷൻ (SPM): ഒരു പ്രകാശ പൾസിന്റെ തീവ്രത കാലത്തിനനുസരിച്ച് മാറുമ്പോൾ, പദാർത്ഥത്തിന്റെ അപവർത്തനാങ്കവും കാലത്തിനനുസരിച്ച് മാറുന്നു. ഇത് പൾസിന്റെ സമയത്തെ ആശ്രയിച്ചുള്ള ഒരു ഫേസ് ഷിഫ്റ്റിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, ഇത് അതിന്റെ സ്പെക്ട്രം വികസിപ്പിക്കുന്നു. ചിർപ്പ്ഡ് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ (CPA) പോലുള്ള സാങ്കേതിക വിദ്യകളിൽ വളരെ ചെറിയ പ്രകാശ പൾസുകൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ SPM ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ക്രോസ്-ഫേസ് മോഡുലേഷൻ (XPM): ഒരു ബീമിന്റെ തീവ്രതയ്ക്ക് മറ്റൊരു ബീം അനുഭവിക്കുന്ന അപവർത്തനാങ്കത്തെ സ്വാധീനിക്കാൻ കഴിയും. ഈ പ്രഭാവം ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വിച്ചിംഗിനും സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗിനും ഉപയോഗിക്കാം.
• ഫോർ-വേവ് മിക്സിംഗ് (FWM): മൂന്ന് ഇൻപുട്ട് ഫോട്ടോണുകളെ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് വ്യത്യസ്ത ആവൃത്തിയും ദിശയുമുള്ള നാലാമത്തെ ഫോട്ടോൺ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ് FWM. ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗ്, ഫേസ് കോൺജുഗേഷൻ, ക്വാണ്ടം ഒപ്റ്റിക്സ് പരീക്ഷണങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്കായി ഈ പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കാം.

ഉദാഹരണം: ദീർഘദൂരങ്ങളിൽ കാര്യക്ഷമമായ ഡാറ്റാ ട്രാൻസ്മിഷൻ ഉറപ്പാക്കാൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകൾ SPM, XPM പോലുള്ള അരേഖീയ പ്രഭാവങ്ങളുടെ ശ്രദ്ധാപൂർവമായ കൈകാര്യം ചെയ്യലിനെ ആശ്രയിക്കുന്നു. ഈ അരേഖീയതകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന പൾസ് വികസനത്തെ പ്രതിരോധിക്കാൻ എഞ്ചിനീയർമാർ ഡിസ്പേർഷൻ കോമ്പൻസേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

അരേഖീയ പ്രകാശികത്തിനുള്ള പദാർത്ഥങ്ങൾ

കാര്യക്ഷമമായ അരേഖീയ പ്രകാശിക പ്രക്രിയകൾക്ക് പദാർത്ഥത്തിന്റെ തിരഞ്ഞെടുപ്പ് നിർണായകമാണ്. പരിഗണിക്കേണ്ട പ്രധാന ഘടകങ്ങൾ ഇവയാണ്:

• അരേഖീയ സസെപ്റ്റിബിലിറ്റി: ഉയർന്ന അരേഖീയ സസെപ്റ്റിബിലിറ്റി കുറഞ്ഞ തീവ്രതയിൽ ശക്തമായ അരേഖീയ പ്രഭാവങ്ങളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.
• സുതാര്യതയുടെ പരിധി: ഇൻപുട്ട്, ഔട്ട്പുട്ട് പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളിൽ പദാർത്ഥം സുതാര്യമായിരിക്കണം.
• ഫേസ് മാച്ചിംഗ്: കാര്യക്ഷമമായ അരേഖീയ ഫ്രീക്വൻസി പരിവർത്തനത്തിന് ഫേസ് മാച്ചിംഗ് ആവശ്യമാണ്, അതായത് പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്ന ഫോട്ടോണുകളുടെ തരംഗ വെക്ടറുകൾ ഒരു നിർദ്ദിഷ്ട ബന്ധം പാലിക്കണം. പദാർത്ഥത്തിന്റെ ബൈറിഫ്രിൻജൻസ് (വ്യത്യസ്ത ധ്രുവീകരണങ്ങൾക്കുള്ള അപവർത്തനാങ്കത്തിലെ വ്യത്യാസം) ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ ഇത് നേടാനാകും. ആംഗിൾ ട്യൂണിംഗ്, ടെമ്പറേച്ചർ ട്യൂണിംഗ്, ക്വാസി-ഫേസ് മാച്ചിംഗ് (QPM) എന്നിവ ഇതിലെ സാങ്കേതിക വിദ്യകളാണ്.
• ഡാമേജ് ത്രെഷോൾഡ്: കേടുപാടുകൾ സംഭവിക്കാതെ ലേസർ പ്രകാശത്തിന്റെ ഉയർന്ന തീവ്രതയെ നേരിടാൻ പദാർത്ഥത്തിന് കഴിയണം.
• ചെലവും ലഭ്യതയും: പദാർത്ഥം തിരഞ്ഞെടുക്കുമ്പോൾ പ്രായോഗിക പരിഗണനകളും ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.

സാധാരണ NLO പദാർത്ഥങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നവ:

• ക്രിസ്റ്റലുകൾ: KDP, BBO, LiNbO3, LBO (ലിഥിയം ട്രൈബോറേറ്റ്), KTP (പൊട്ടാസ്യം ടൈറ്റാനൈൽ ഫോസ്ഫേറ്റ്).
• അർദ്ധചാലകങ്ങൾ: GaAs (ഗാലിയം ആർസെനൈഡ്), GaP (ഗാലിയം ഫോസ്ഫൈഡ്).
• ഓർഗാനിക് പദാർത്ഥങ്ങൾ: ഈ പദാർത്ഥങ്ങൾക്ക് വളരെ ഉയർന്ന അരേഖീയ സസെപ്റ്റിബിലിറ്റികൾ ഉണ്ടാകാം, പക്ഷേ അജൈവ ക്രിസ്റ്റലുകളേക്കാൾ കുറഞ്ഞ ഡാമേജ് ത്രെഷോൾഡ് ആയിരിക്കും. പോളിമറുകളും ഓർഗാനിക് ഡൈകളും ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
• മെറ്റാമെറ്റീരിയലുകൾ: പ്രത്യേക വൈദ്യുതകാന്തിക ഗുണങ്ങളുള്ള കൃത്രിമമായി നിർമ്മിച്ച പദാർത്ഥങ്ങൾക്ക് അരേഖീയ പ്രഭാവങ്ങൾ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.
• ഗ്രാഫീനും 2D പദാർത്ഥങ്ങളും: ഈ പദാർത്ഥങ്ങൾ അവയുടെ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടന കാരണം സവിശേഷമായ അരേഖീയ പ്രകാശിക ഗുണങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു.

അരേഖീയ പ്രകാശികത്തിന്റെ പ്രയോഗങ്ങൾ

അരേഖീയ പ്രകാശികത്തിന് വിവിധ മേഖലകളിൽ വിപുലമായ പ്രയോഗങ്ങളുണ്ട്, അവയിൽ ചിലത് താഴെ നൽകുന്നു:

• ലേസർ സാങ്കേതികവിദ്യ: ഫ്രീക്വൻസി കൺവേർഷൻ (SHG, THG, SFG, DFG), ഒപ്റ്റിക്കൽ പാരാമെട്രിക് ഓസിലേറ്ററുകൾ (OPO), പൾസ് ഷേപ്പിംഗ്.
• ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ: വേവ്‌ലെങ്ത് കൺവേർഷൻ, ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വിച്ചിംഗ്, സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗ്.
• സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി: കോഹറന്റ് ആന്റി-സ്റ്റോക്ക്സ് രാമൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (CARS), സം-ഫ്രീക്വൻസി ജനറേഷൻ വൈബ്രേഷണൽ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (SFG-VS).
• മൈക്രോസ്കോപ്പി: സെക്കൻഡ് ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ (SHG) മൈക്രോസ്കോപ്പി, മൾട്ടി-ഫോട്ടോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി.
• ക്വാണ്ടം പ്രകാശികം: എൻടാംഗിൾഡ് ഫോട്ടോണുകൾ, സ്ക്വീസ്ഡ് ലൈറ്റ്, പ്രകാശത്തിന്റെ മറ്റ് നോൺ-ക്ലാസിക്കൽ അവസ്ഥകൾ എന്നിവയുടെ ഉത്പാദനം.
• മെറ്റീരിയൽ സയൻസ്: പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഗുണവിശേഷങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കൽ, ലേസർ-പ്രേരിത നാശനഷ്ട പഠനങ്ങൾ.
• മെഡിക്കൽ ഡയഗ്നോസ്റ്റിക്സ്: ഒപ്റ്റിക്കൽ കോഹറൻസ് ടോമോഗ്രഫി (OCT), അരേഖീയ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇമേജിംഗ്.
• പരിസ്ഥിതി നിരീക്ഷണം: അന്തരീക്ഷ മലിനീകരണത്തിന്റെ വിദൂര സംവേദനം.

ആഗോള സ്വാധീനത്തിന്റെ ഉദാഹരണങ്ങൾ

• ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ്: കടലിനടിയിലുള്ള ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് കേബിളുകൾ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകളെ ആശ്രയിക്കുന്നു, അവ സിഗ്നൽ ശക്തി വർദ്ധിപ്പിക്കാനും ഭൂഖണ്ഡങ്ങളിലുടനീളം ഡാറ്റയുടെ സമഗ്രത നിലനിർത്താനും NLO തത്വങ്ങളെ ആശ്രയിക്കുന്നു.
• മെഡിക്കൽ ഇമേജിംഗ്: മൾട്ടി-ഫോട്ടോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി പോലുള്ള നൂതന മെഡിക്കൽ ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യകൾ, രോഗങ്ങൾ നേരത്തെ കണ്ടെത്താനും ചികിത്സയുടെ ഫലപ്രാപ്തി നിരീക്ഷിക്കാനും ആഗോളതലത്തിൽ ആശുപത്രികളിലും ഗവേഷണ സ്ഥാപനങ്ങളിലും വിന്യസിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, ജർമ്മനിയിലെ ആശുപത്രികൾ ചർമ്മത്തിലെ ക്യാൻസർ നിർണ്ണയത്തിനായി മൾട്ടി-ഫോട്ടോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• നിർമ്മാണം: എയ്‌റോസ്‌പേസ് (ഉദാഹരണത്തിന്, ഫ്രാൻസിലെ വിമാന ഘടകങ്ങളുടെ നിർമ്മാണം) മുതൽ ഇലക്ട്രോണിക്സ് (ഉദാഹരണത്തിന്, തായ്‌വാനിലെ അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ നിർമ്മാണം) വരെയുള്ള വ്യവസായങ്ങൾക്ക് അത്യന്താപേക്ഷിതമായ ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള ലേസർ കട്ടിംഗും വെൽഡിംഗും, ആവശ്യമായ പ്രത്യേക തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് അരേഖീയ ഒപ്റ്റിക്കൽ ക്രിസ്റ്റലുകളെ ആശ്രയിക്കുന്നു.
• അടിസ്ഥാന ഗവേഷണം: കാനഡയിലെയും സിംഗപ്പൂരിലെയും ഉൾപ്പെടെ ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് ഗവേഷണ ലബോറട്ടറികൾ, ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ അവശ്യ ഘടകങ്ങളായ എൻടാംഗിൾഡ് ഫോട്ടോണുകളെ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിനും NLO പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

അതിവേഗ അരേഖീയ പ്രകാശികം

ഫെംടോസെക്കൻഡ് ലേസറുകളുടെ ആവിർഭാവം അരേഖീയ പ്രകാശികത്തിൽ പുതിയ സാധ്യതകൾ തുറന്നിരിക്കുന്നു. വളരെ ചെറിയ പൾസുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, പദാർത്ഥത്തിന് കേടുപാടുകൾ വരുത്താതെ വളരെ ഉയർന്ന പീക്ക് തീവ്രത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. ഇത് പദാർത്ഥങ്ങളിലെ അതിവേഗ ചലനാത്മകതയെക്കുറിച്ച് പഠിക്കാനും പുതിയ പ്രയോഗങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കാനും അനുവദിക്കുന്നു.

അതിവേഗ അരേഖീയ പ്രകാശികത്തിലെ പ്രധാന മേഖലകൾ ഇവയാണ്:

• ഹൈ-ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ (HHG): തീവ്രമായ ഫെംടോസെക്കൻഡ് ലേസർ പൾസുകൾ ഒരു വാതകത്തിലേക്ക് ഫോക്കസ് ചെയ്തുകൊണ്ട് വളരെ ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള പ്രകാശം (XUV, സോഫ്റ്റ് എക്സ്-റേ) HHG ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഇത് ആറ്റോസെക്കൻഡ് ശാസ്ത്രത്തിനായുള്ള കോഹറന്റ് ഷോർട്ട്-വേവ്‌ലെങ്ത് വികിരണത്തിന്റെ ഒരു സ്രോതസ്സാണ്.
• ആറ്റോസെക്കൻഡ് ശാസ്ത്രം: ആറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകൾ (1 ആറ്റോസെക്കൻഡ് = 10^-18 സെക്കൻഡ്) ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് ആറ്റങ്ങളിലും തന്മാത്രകളിലുമുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനം തത്സമയം നിരീക്ഷിക്കാൻ അവസരം നൽകുന്നു.
• അതിവേഗ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി: രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ, ഇലക്ട്രോൺ കൈമാറ്റ പ്രക്രിയകൾ, മറ്റ് അതിവേഗ പ്രതിഭാസങ്ങൾ എന്നിവയുടെ ചലനാത്മകത പഠിക്കാൻ അതിവേഗ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി ഫെംടോസെക്കൻഡ് ലേസർ പൾസുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

വെല്ലുവിളികളും ഭാവി ദിശകളും

അരേഖീയ പ്രകാശികം കാര്യമായ പുരോഗതി കൈവരിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, നിരവധി വെല്ലുവിളികൾ നിലനിൽക്കുന്നു:

• കാര്യക്ഷമത: പല അരേഖീയ പ്രക്രിയകളും ഇപ്പോഴും താരതമ്യേന കാര്യക്ഷമമല്ലാത്തവയാണ്, അവയ്ക്ക് ഉയർന്ന പമ്പ് പവറുകളും ദീർഘമായ പ്രതിപ്രവർത്തന ദൂരവും ആവശ്യമാണ്.
• പദാർത്ഥ വികസനം: ഉയർന്ന അരേഖീയ സസെപ്റ്റിബിലിറ്റികൾ, വിശാലമായ സുതാര്യത പരിധികൾ, ഉയർന്ന ഡാമേജ് ത്രെഷോൾഡുകൾ എന്നിവയുള്ള പുതിയ പദാർത്ഥങ്ങൾക്കായുള്ള തിരച്ചിൽ തുടരുകയാണ്.
• ഫേസ് മാച്ചിംഗ്: കാര്യക്ഷമമായ ഫേസ് മാച്ചിംഗ് നേടുന്നത് വെല്ലുവിളിയാകാം, പ്രത്യേകിച്ച് ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് അല്ലെങ്കിൽ ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകൾക്ക്.
• സങ്കീർണ്ണത: അരേഖീയ പ്രതിഭാസങ്ങളെ മനസ്സിലാക്കുന്നതും നിയന്ത്രിക്കുന്നതും സങ്കീർണ്ണമാണ്, ഇതിന് ആധുനിക സൈദ്ധാന്തിക മാതൃകകളും പരീക്ഷണാത്മക സാങ്കേതിക വിദ്യകളും ആവശ്യമാണ്.

അരേഖീയ പ്രകാശികത്തിലെ ഭാവി ദിശകൾ ഇവയാണ്:

• പുതിയ അരേഖീയ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ വികസനം: ഓർഗാനിക് പദാർത്ഥങ്ങൾ, മെറ്റാമെറ്റീരിയലുകൾ, 2D പദാർത്ഥങ്ങൾ എന്നിവയിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുക.
• പുതിയ അരേഖീയ പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ ചൂഷണം: പ്രകാശത്തെ കൈകാര്യം ചെയ്യാനും പുതിയ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാനും പുതിയ വഴികൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുക.
• ചെറുതാക്കലും സംയോജനവും: ഒതുക്കമുള്ളതും കാര്യക്ഷമവുമായ സംവിധാനങ്ങൾക്കായി അരേഖീയ പ്രകാശിക ഉപകരണങ്ങളെ ചിപ്പുകളിൽ സംയോജിപ്പിക്കുക.
• ക്വാണ്ടം അരേഖീയ പ്രകാശികം: പുതിയ ക്വാണ്ടം സാങ്കേതികവിദ്യകൾക്കായി അരേഖീയ പ്രകാശികത്തെ ക്വാണ്ടം പ്രകാശികവുമായി സംയോജിപ്പിക്കുക.
• ബയോഫോട്ടോണിക്സിലും വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിലുമുള്ള പ്രയോഗങ്ങൾ: മെഡിക്കൽ ഇമേജിംഗ്, ഡയഗ്നോസ്റ്റിക്സ്, തെറാപ്പി എന്നിവയ്ക്കായി പുതിയ അരേഖീയ പ്രകാശിക സാങ്കേതികവിദ്യകൾ വികസിപ്പിക്കുക.

ഉപസംഹാരം

അരേഖീയ പ്രകാശികം ശാസ്ത്രത്തിലും സാങ്കേതികവിദ്യയിലും വിപുലമായ പ്രയോഗങ്ങളുള്ള ഊർജ്ജസ്വലവും അതിവേഗം വികസിക്കുന്നതുമായ ഒരു മേഖലയാണ്. പുതിയ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളിലുള്ള പ്രകാശം സൃഷ്ടിക്കുന്നത് മുതൽ പദാർത്ഥങ്ങളിലെ അതിവേഗ ചലനാത്മകതയെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുന്നത് വരെ, NLO പ്രകാശ-ദ്രവ്യ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ ധാരണയുടെ അതിരുകൾ ഭേദിക്കുകയും പുതിയ സാങ്കേതിക മുന്നേറ്റങ്ങൾക്ക് വഴിയൊരുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. നമ്മൾ പുതിയ പദാർത്ഥങ്ങളും സാങ്കേതികവിദ്യകളും വികസിപ്പിക്കുന്നത് തുടരുമ്പോൾ, അരേഖീയ പ്രകാശികത്തിന്റെ ഭാവി കൂടുതൽ ആവേശകരമായിരിക്കുമെന്ന് ഉറപ്പാണ്.

കൂടുതൽ വായനയ്ക്ക്:

• Nonlinear Optics by Robert W. Boyd
• Fundamentals of Photonics by Bahaa E. A. Saleh and Malvin Carl Teich

നിരാകരണം: ഈ ബ്ലോഗ് പോസ്റ്റ് അരേഖീയ പ്രകാശികത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു പൊതുവായ അവലോകനം നൽകുന്നു, ഇത് വിവര ആവശ്യങ്ങൾക്ക് വേണ്ടി മാത്രമുള്ളതാണ്. ഈ വിഷയത്തെക്കുറിച്ചുള്ള സമഗ്രമായ ഒരു പഠനമായി ഇതിനെ കണക്കാക്കരുത്. പ്രത്യേക പ്രയോഗങ്ങൾക്കായി വിദഗ്ദ്ധരുമായി ബന്ധപ്പെടുക.